Metabolismo dei carboidrati

I carboidrati sono la principale fonte di energia: 1 g di carboidrati, completamente metabolizzato, rilascia 16,7 kJ (4 kcal). Inoltre, i carboidrati sotto forma di mucopolisaccaridi fanno parte del tessuto connettivo e, sotto forma di composti complessi (glicoproteine, lipopolisaccaridi), sono elementi strutturali delle cellule, nonché componenti di alcune sostanze biologiche attive (enzimi, ormoni, sistemi immunitari, ecc.).

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Carboidrati nella dieta

La percentuale di carboidrati nella dieta dei bambini dipende in gran parte dall'età. Nei bambini del primo anno di vita, il contenuto di carboidrati che fornisce il fabbisogno energetico è del 40%. Dopo un anno, aumenta al 60%. Nei primi mesi di vita, il fabbisogno di carboidrati è coperto dallo zucchero del latte, il lattosio, presente nel latte materno. Con l'allattamento artificiale con latte artificiale, il bambino riceve anche saccarosio o maltosio. Dopo l'introduzione di alimenti complementari, i polisaccaridi (amido, in parte glicogeno) iniziano a entrare nell'organismo, coprendo principalmente il fabbisogno di carboidrati dell'organismo. Questo tipo di alimentazione per i bambini favorisce sia la formazione di amilasi da parte del pancreas che la sua secrezione con la saliva. Nei primi giorni e settimane di vita, l'amilasi è praticamente assente e la salivazione è insignificante, e solo a partire dai 3-4 mesi inizia la secrezione di amilasi e la salivazione aumenta notevolmente.

È noto che l'idrolisi dell'amido avviene sotto l'azione dell'amilasi salivare e del succo pancreatico; l'amido viene scomposto in maltosio e isomaltosio.

Insieme ai disaccaridi alimentari - lattosio e saccarosio - maltosio e isomaltosio, sulla superficie dei villi intestinali della mucosa intestinale, sotto l'azione delle disaccaridasi, vengono scomposti in monosaccaridi: glucosio, fruttosio e galattosio, che vengono riassorbiti attraverso la membrana cellulare. Il processo di riassorbimento di glucosio e galattosio è associato al trasporto attivo, che consiste nella fosforilazione dei monosaccaridi e nella loro conversione in glucosio fosfato e successivamente in glucosio-6-fosfato (rispettivamente, galattosio fosfati). Tale attivazione avviene sotto l'azione delle glucosio- o galattosio chinasi con la spesa di un legame macroergico di ATP. A differenza del glucosio e del galattosio, il fruttosio viene riassorbito quasi passivamente, per semplice diffusione.

Le disaccaridasi nell'intestino fetale si formano a seconda dell'età gestazionale.

Tempistica dello sviluppo delle funzioni del tratto gastrointestinale, tempi di rilevamento e gravità in percentuale della stessa funzione negli adulti

Assorbimento dei carboidrati	Prima rilevazione dell'enzima, settimana	Gravità, % dell'adulto
A-amilasi pancreatica	22	5
Α-amilasi delle ghiandole salivari	16	10
Lattasi	10	Più di 100
Saccarasi e isomaltasi	10	100
Glucoamilasi	10	50
Assorbimento dei monosaccaridi	11	92

È evidente che l'attività di maltasi e saccarasi aumenta prima (6-8 mesi di gestazione) e più tardi (8-10 mesi) - la lattasi. È stata studiata l'attività di diverse disaccaridasi nelle cellule della mucosa intestinale. Si è scoperto che l'attività totale di tutte le maltasi al momento della nascita corrisponde a una media di 246 μmol di disaccaride scisso per 1 g di proteine al minuto, l'attività totale della saccarasi a 75, l'attività totale dell'isomaltasi a 45 e l'attività totale della lattasi a 30. Questi dati sono di grande interesse per i pediatri, poiché chiariscono perché un bambino allattato al seno digerisce bene le miscele di destrina e maltosio, mentre il lattosio causa facilmente diarrea. L'attività relativamente bassa della lattasi nella mucosa dell'intestino tenue spiega il fatto che la carenza di lattasi si osservi più spesso rispetto alla carenza di altre disaccaridasi.

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Assorbimento alterato dei carboidrati

Esistono sia forme transitorie che congenite di malassorbimento del lattosio. La prima forma è causata da un ritardo nella maturazione della lattasi intestinale e quindi scompare con l'età. La forma congenita può essere osservata per lungo tempo, ma, di norma, è più pronunciata fin dalla nascita durante l'allattamento. Ciò è dovuto al fatto che il contenuto di lattosio nel latte umano è quasi 2 volte superiore a quello del latte vaccino. Clinicamente, il bambino sviluppa diarrea, caratterizzata, oltre che da feci molli (più di 5 volte al giorno), da feci schiumose a reazione acida (pH inferiore a 6). Possono essere osservati anche sintomi di disidratazione, che si manifestano come una condizione grave.

In età avanzata, si verifica la cosiddetta repressione della lattasi, ovvero la sua attività si riduce significativamente. Questo spiega perché un numero significativo di persone non tolleri il latte naturale, mentre i prodotti a base di latte fermentato (kefir, acidophilus, yogurt) vengono ben assorbiti. Il deficit di lattasi colpisce circa il 75% delle persone di origine africana e indiana, fino al 90% delle persone di origine asiatica e il 20% degli europei. Il malassorbimento congenito di saccarosio e isomaltosio è meno comune. Si manifesta solitamente nei bambini con alimentazione artificiale con miscele di latte arricchite di saccarosio e con l'introduzione nella dieta di succhi, frutta o verdura contenenti questo disaccaride. Le manifestazioni cliniche del deficit di saccarosio sono simili a quelle del malassorbimento del lattosio. Il deficit di disaccaridasi può anche essere puramente acquisito, essere una conseguenza o una complicazione di una vasta gamma di patologie di cui soffre il bambino. Le principali cause di deficit di disaccaridasi sono elencate di seguito.

Conseguenze dell'esposizione a fattori dannosi:

• dopo enterite di eziologia virale o batterica;
• il significato particolare dell'infezione da rotavirus;
• malnutrizione;
• giardiasi;
• dopo enterocolite necrotica;
• deficit immunologico;
• celiachia;
• terapia citostatica;
• intolleranza alle proteine del latte vaccino;
• condizioni ipossiche del periodo perinatale;
• Ittero e fototerapia.

Immaturità del bordo del pennello:

• prematurità;
• immaturità alla nascita.

Conseguenze degli interventi chirurgici:

• gastrostomia;
• ileostomia;
• colostomia;
• resezione dell'intestino tenue;
• anastomosi dell'intestino tenue.

Manifestazioni cliniche simili sono state descritte in casi di alterata attivazione dei monosaccaridi, glucosio e galattosio. Questi vanno distinti dai casi in cui la dieta contiene una quantità eccessiva di questi monosaccaridi, che, avendo un'elevata attività osmotica, causano l'ingresso di acqua nell'intestino. Poiché i monosaccaridi vengono assorbiti dall'intestino tenue nel pool di V. portae, entrano prima nelle cellule epatiche. A seconda delle condizioni, determinate principalmente dal contenuto di glucosio nel sangue, vengono convertiti in glicogeno o rimangono come monosaccaridi e vengono trasportati con il flusso sanguigno.

Nel sangue degli adulti il contenuto di glicogeno è leggermente inferiore (0,075-0,117 g/l) rispetto a quello dei bambini (0,117-0,206 g/l).

La sintesi del glicogeno, il carboidrato di riserva dell'organismo, è effettuata da un gruppo di enzimi diversi, con conseguente formazione di molecole altamente ramificate costituite da residui di glucosio legati da legami 1,4 o 1,6 (le catene laterali del glicogeno sono formate da legami 1,6). Se necessario, il glicogeno può essere nuovamente scomposto in glucosio.

La sintesi del glicogeno inizia nella nona settimana di sviluppo intrauterino nel fegato. Tuttavia, il suo rapido accumulo avviene solo prima della nascita (20 mg/g di glicogeno al giorno). Pertanto, la concentrazione di glicogeno nel tessuto epatico del feto alla nascita è leggermente superiore a quella di un adulto. Circa il 90% del glicogeno accumulato viene utilizzato nelle prime 2-3 ore dopo la nascita, mentre il glicogeno rimanente viene consumato entro 48 ore.

Questo, infatti, soddisfa il fabbisogno energetico dei neonati nei primi giorni di vita, quando il bambino riceve poco latte. A partire dalla seconda settimana di vita, l'accumulo di glicogeno riprende e, entro la terza settimana di vita, la sua concentrazione nel tessuto epatico raggiunge i livelli degli adulti. Tuttavia, la massa epatica nei bambini è significativamente inferiore rispetto agli adulti (nei bambini di 1 anno di età, la massa epatica è pari al 10% della massa epatica di un adulto), quindi le riserve di glicogeno nei bambini si esauriscono più rapidamente e devono essere reintegrate per prevenire l'ipoglicemia.

Il rapporto tra l'intensità dei processi di glicogenesi e glicogenolisi determina in larga misura il contenuto di zucchero nel sangue, ovvero la glicemia. Questo valore è piuttosto costante. La glicemia è regolata da un sistema complesso. Il fulcro di questa regolazione è il cosiddetto centro dello zucchero, che può essere considerato un'associazione funzionale di centri nervosi situati in varie parti del sistema nervoso centrale: la corteccia cerebrale, la sottocorteccia (nucleo lenticolare, striato), la regione ipotalamica e il midollo allungato. Parallelamente, molte ghiandole endocrine (pancreas, ghiandole surrenali, tiroide) partecipano alla regolazione del metabolismo dei carboidrati.

Disturbi del metabolismo dei carboidrati: malattie da accumulo

Tuttavia, si possono osservare disturbi congeniti dei sistemi enzimatici, in cui la sintesi o la degradazione del glicogeno nel fegato o nei muscoli può essere interrotta. Questi disturbi includono la glicogenosi. È causata da una carenza dell'enzima glicogeno sintetasi. La rarità di questa malattia è probabilmente spiegata dalla difficoltà di diagnosi e dalla rapida evoluzione sfavorevole. I neonati manifestano ipoglicemia molto presto (anche tra le poppate) con convulsioni e chetosi. Più spesso, vengono descritti casi di glicogenosi quando si accumula nell'organismo glicogeno di struttura normale o si forma glicogeno di una struttura irregolare simile alla cellulosa (amilopectina). Questo gruppo, di solito, è geneticamente determinato. A seconda della carenza di alcuni enzimi coinvolti nel metabolismo del glicogeno, si distinguono varie forme o tipi di glicogenosi.

Il tipo I, che include la glicogenosi epatorenale, o malattia di Gierke, è basato sul deficit di glucosio-6-fosfatasi. Questa è la forma più grave di glicogenosi senza alterazioni strutturali del glicogeno. La malattia è recessiva; clinicamente si manifesta subito dopo la nascita o durante l'infanzia. L'epatomegalia è caratteristica, accompagnata da crisi ipoglicemiche e coma, chetosi. La milza non aumenta mai di dimensioni. Successivamente, si osservano ritardo della crescita e sproporzione corporea (addome ingrossato, corpo allungato, zampe corte, testa grande). Tra un pasto e l'altro, si osservano pallore, sudorazione e perdita di coscienza a causa dell'ipoglicemia.

Glicogenosi di tipo II - Malattia di Pompe, basata sulla carenza di maltasi acida. Si manifesta clinicamente subito dopo la nascita e i bambini con questi sintomi muoiono rapidamente. Si osservano epatomegalia e cardiomegalia, ipotonia muscolare (il bambino non riesce a tenere la testa o a succhiare). Si sviluppa insufficienza cardiaca.

Glicogenosi di tipo III - malattia di Cori, causata da un difetto congenito dell'amilo-1,6-glucosidasi. La trasmissione è recessiva-autosomica. Le manifestazioni cliniche sono simili a quelle della malattia di Gierke di tipo I, ma meno gravi. A differenza della malattia di Gierke, si tratta di una glicogenosi limitata, non accompagnata da chetosi e grave ipoglicemia. Il glicogeno si deposita nel fegato (epatomegalia) o nel fegato e contemporaneamente nei muscoli.

Il tipo IV - morbo di Andersen - è causato da una carenza di 1,4-1,6-transglucosidasi, che provoca la formazione di glicogeno con una struttura irregolare simile alla cellulosa (amilopectina). Si manifesta come un corpo estraneo. Si osservano ittero ed epatomegalia. Si sviluppa cirrosi epatica con ipertensione portale. Di conseguenza, si sviluppano vene varicose nello stomaco e nell'esofago, la cui rottura causa un'abbondante emorragia gastrica.

Tipo V - glicogenosi muscolare, malattia di McArdle - si sviluppa a causa di una carenza di fosforilasi muscolare. La malattia può manifestarsi nel terzo mese di vita, quando si nota che i bambini non sono in grado di succhiare per lungo tempo e si stancano rapidamente. A causa del graduale accumulo di glicogeno nei muscoli striati, si osserva una falsa ipertrofia.

La glicogenosi di tipo VI - malattia di Hertz - è causata da un deficit di fosforilasi epatica. Clinicamente, si riscontra epatomegalia, mentre l'ipoglicemia si verifica meno frequentemente. Si nota un ritardo della crescita. Il decorso è più favorevole rispetto ad altre forme. Questa è la forma più comune di glicogenosi.

Si osservano anche altre forme di malattie da accumulo, quando vengono rilevati disturbi mono o polienzimatici.

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La glicemia come indicatore del metabolismo dei carboidrati

Uno degli indicatori del metabolismo dei carboidrati è il livello di zucchero nel sangue. Al momento della nascita, il livello di glicemia del bambino corrisponde a quello della madre, il che si spiega con la libera diffusione transplacentare. Tuttavia, fin dalle prime ore di vita, si osserva un calo del contenuto di zucchero, dovuto a due ragioni. Una di queste, la più significativa, è la mancanza di ormoni controinsulari. Ciò è dimostrato dal fatto che l'adrenalina e il glucagone sono in grado di aumentare il livello di zucchero nel sangue durante questo periodo. Un'altra causa di ipoglicemia nei neonati è che le riserve di glicogeno nell'organismo sono molto limitate e un neonato che viene attaccato al seno poche ore dopo la nascita le consuma. Entro il 5°-6° giorno di vita, il contenuto di zucchero aumenta, ma nei bambini rimane relativamente inferiore rispetto agli adulti. L'aumento della concentrazione di zucchero nei bambini dopo il primo anno di vita è a onda (la prima onda - entro i 6 anni, la seconda - entro i 12 anni), che coincide con l'aumento della crescita e con una maggiore concentrazione di ormone somatotropo. Il limite fisiologico di ossidazione del glucosio nell'organismo è di 4 mg/(kg • min). Pertanto, la dose giornaliera di glucosio dovrebbe essere compresa tra 2 e 4 g/kg di peso corporeo.

È importante sottolineare che l'utilizzo del glucosio durante la somministrazione endovenosa avviene più rapidamente nei bambini che negli adulti (è noto che il glucosio somministrato per via endovenosa viene utilizzato dall'organismo, di norma, entro 20 minuti). Pertanto, la tolleranza dei bambini al carico di carboidrati è maggiore, un fattore da tenere in considerazione quando si studiano le curve glicemiche. Ad esempio, per studiare la curva glicemica, si utilizza un carico medio di 1,75 g/kg.

Allo stesso tempo, i bambini presentano un decorso più grave del diabete mellito, per il cui trattamento è generalmente necessario l'uso di insulina. Il diabete mellito nei bambini viene più spesso diagnosticato durante periodi di crescita particolarmente intensa (prima e seconda fase fisiologica), quando si osserva più frequentemente una violazione della correlazione delle ghiandole endocrine (aumenta l'attività dell'ormone somatotropo dell'ipofisi). Clinicamente, il diabete nei bambini si manifesta con sete (polidipsia), poliuria, perdita di peso e spesso aumento dell'appetito (polifagia). Si riscontrano anche un aumento della glicemia (iperglicemia) e la presenza di zucchero nelle urine (glicosuria). La chetoacidosi è comune.

La malattia è causata dalla carenza di insulina, che rende difficile al glucosio penetrare nelle membrane cellulari. Questo causa un aumento del suo contenuto nel liquido extracellulare e nel sangue, e aumenta anche la degradazione del glicogeno.

Nell'organismo, il glucosio può essere scomposto in diversi modi. I più importanti sono la catena glicolitica e il ciclo dei pentosi. La scomposizione lungo la catena glicolitica può avvenire sia in condizioni aerobiche che anaerobiche. In condizioni aerobiche, porta alla formazione di acido piruvico e in condizioni anaerobiche, di acido lattico.

Nel fegato e nel miocardio, i processi avvengono in modo aerobico, negli eritrociti in modo anaerobico, nei muscoli scheletrici durante il lavoro intenso prevalentemente in modo anaerobico, a riposo prevalentemente in modo aerobico. La via aerobica è più economica per l'organismo, poiché porta alla formazione di una maggiore quantità di ATP, che rappresenta una grande riserva di energia. La glicolisi anaerobica è meno economica. In generale, attraverso la glicolisi, le cellule possono essere rifornite di energia rapidamente, sebbene in modo antieconomico, indipendentemente dalla "consegna" di ossigeno. La degradazione aerobica nella combinazione della catena glicolitica - ciclo di Krebs - è la principale fonte di energia per l'organismo.

Allo stesso tempo, grazie al flusso inverso della catena glicolitica, l'organismo può sintetizzare carboidrati a partire da prodotti intermedi del metabolismo glucidico, come l'acido piruvico e l'acido lattico. La conversione degli amminoacidi in acido piruvico, α-chetoglutarato e ossalacetato può portare alla formazione di carboidrati. I processi della catena glicolitica sono localizzati nel citoplasma delle cellule.

Uno studio sul rapporto tra i metaboliti della catena glicolitica e il ciclo di Krebs nel sangue dei bambini mostra differenze piuttosto significative rispetto agli adulti. Il siero di un neonato e di un bambino del primo anno di vita contiene una quantità piuttosto significativa di acido lattico, il che indica la prevalenza della glicolisi anaerobica. L'organismo del bambino cerca di compensare l'eccessivo accumulo di acido lattico aumentando l'attività dell'enzima lattato deidrogenasi, che converte l'acido lattico in acido piruvico con la successiva inclusione nel ciclo di Krebs.

Esistono anche alcune differenze nel contenuto di isoenzimi della lattato deidrogenasi. Nei bambini piccoli, l'attività della quarta e quinta frazione è maggiore e il contenuto della prima frazione è inferiore.

Un altro, non meno importante, modo di scindere il glucosio è il ciclo dei pentosi, che inizia con la catena glicolitica a livello del glucosio-6-fosfato. Come risultato di un ciclo, una delle 6 molecole di glucosio viene completamente scissa in anidride carbonica e acqua. Questo è un percorso di decadimento più breve e veloce, che fornisce il rilascio di una grande quantità di energia. Come risultato del ciclo dei pentosi, si formano anche pentosi, che vengono utilizzati dall'organismo per la biosintesi degli acidi nucleici. Questo probabilmente spiega perché il ciclo dei pentosi è di grande importanza nei bambini. Il suo enzima chiave è la glucosio-6-fosfato deidrogenasi, che fornisce il collegamento tra la glicolisi e il ciclo dei pentosi. L'attività di questo enzima nel sangue dei bambini di età compresa tra 1 mese e 3 anni è di 67-83 mmol/g di emoglobina, tra 4 e 6 anni di 50-60 mmol/g di emoglobina, tra 7 e 14 anni di 50-63 mmol/g di emoglobina.

L'interruzione del ciclo dei pentosi nella degradazione del glucosio dovuta a deficit di glucosio-6-fosfato deidrogenasi è alla base dell'anemia emolitica non sferocitica (uno dei tipi di eritrocitopatia), che si manifesta con anemia, ittero e splenomegalia. Di norma, le crisi emolitiche sono provocate dall'assunzione di farmaci (chinino, chinidina, sulfamidici, alcuni antibiotici, ecc.), che aumentano il blocco di questo enzima.

Un quadro clinico simile di anemia emolitica si osserva a causa del deficit di piruvato chinasi, che catalizza la conversione del fosfoenolpiruvato in piruvato. Le due forme vengono distinte mediante un metodo di laboratorio che determina l'attività di questi enzimi negli eritrociti.

L'interruzione della glicolisi piastrinica è alla base della patogenesi di molte tromboastenia, che si manifestano clinicamente con un aumento del sanguinamento in presenza di un numero normale di piastrine, ma con una funzionalità compromessa (aggregazione) e con fattori della coagulazione del sangue intatti. È noto che il principale metabolismo energetico di un individuo si basa sull'utilizzo del glucosio. Gli esosi rimanenti (galattosio, fruttosio), di norma, vengono trasformati in glucosio e subiscono una completa degradazione. La conversione di questi esosi in glucosio è effettuata da sistemi enzimatici. La carenza di enzimi che trasformano questa conversione è alla base della gstattosemia e della fruttosemia. Queste sono enzimopatie geneticamente determinate. Nella gstattosemia, si verifica una carenza di galattosio-1-fosfato uridil transferasi. Di conseguenza, il galattosio-1-fosfato si accumula nell'organismo. Inoltre, una grande quantità di fosfati viene eliminata dalla circolazione, causando una carenza di ATP, con conseguenti danni ai processi energetici nelle cellule.

I primi sintomi di galattosemia compaiono subito dopo l'inizio dell'allattamento al seno, in particolare con il latte materno, che contiene un'elevata quantità di lattosio, a sua volta costituito da glucosio e galattosio in quantità uguali. Compaiono vomito, il peso corporeo aumenta lentamente (si sviluppa ipotrofia). Successivamente compaiono epatosplenomegalia con ittero e cataratta. Possono svilupparsi ascite e vene varicose dell'esofago e dello stomaco. L'esame delle urine rivela galattosuria.

In caso di galattosemia, il lattosio deve essere escluso dalla dieta. Vengono utilizzati latti artificiali appositamente preparati, in cui il contenuto di lattosio è notevolmente ridotto. Questo garantisce il corretto sviluppo dei bambini.

La fruttosemia si sviluppa quando il fruttosio non viene convertito in glucosio a causa di una carenza di fruttosio-1-fosfato aldolasi. Le sue manifestazioni cliniche sono simili a quelle della galattosemia, ma si manifestano in misura più lieve. I sintomi più caratteristici sono il vomito e una forte diminuzione dell'appetito (fino all'anoressia) quando ai bambini vengono somministrati succhi di frutta, cereali zuccherati e puree (il saccarosio contiene fruttosio e glucosio). Pertanto, le manifestazioni cliniche sono particolarmente aggravate quando i bambini vengono trasferiti all'alimentazione mista e artificiale. In età avanzata, i pazienti non tollerano dolci e miele, che contiene fruttosio puro. La fruttosuria viene rilevata all'esame delle urine. È necessario escludere dalla dieta il saccarosio e i prodotti contenenti fruttosio.